對隨時間變化的診斷過程的評估的制作方法

專利名稱：對隨時間變化的診斷過程的評估的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療成像診斷技術，特別是對醫學圖像數據組的評估，該數據組涉及檢查區域中的診斷制劑引起的變化在時間上的變化過程。
背景技術：
診斷制劑例如有在磁共振斷層造影或者閃爍照相術方法中患者的器官或者身體部位中的造影劑或者放射藥劑，由于各種影響，限制了診斷制劑擴散檢查的說服力。一個相應的檢查通過一個測量序列實現，該測量提供檢查區域在不同的相互連續的時間點上的照片。為了判斷可能的病理變化，必須從這樣產生的照片序列的圖像數據中對通過診斷制劑影響的圖像強度變化進行精確評估。
主要有三種影響使得很難對通過診斷制劑造成的圖像強度變化進行可靠的評估。
第一種影響是由于例如心臟跳動或呼吸的身體功能而造成的體內器官的變形或移動。因此，圖像的拍攝時間點在一個測量序列中一般與確定的身體功能同步。這樣例如在心臟灌注測量中應用EKG信號，以便使拍攝與心臟的跳動周期同步。由此，測量序列的每張照片總是在心臟跳動周期的同一個變形狀態下獲得。但是，由于以不同于心臟周期的周期進行呼吸，因此，在單個照片中出現心臟或其表示的移動。這一般意味著，檢查器官或檢查身體部位的同一個區域在照片序列的單個圖像中的不同位置上成像。所以，在一幅圖像中，對待檢查身體部位位置的確定不能推廣到該照片序列的其它圖像中。
為了避免由于呼吸造成的器官移動而使得很難或根本不可能對照片序列的圖像數據進行評估，多次在呼吸靜止的狀態下拍攝測量序列的照片序列。但是，這在相應的測量序列期間對患者造成了很大的負擔，由此可能又產生了對患者不可靠的負擔情形。
此外，評估受到用于產生圖像數據的探測器特性的影響。特別是探測器的靈敏度隨著到測量對象的距離和/或方向改變，從而使得很難對檢查部位不同位置的測量數據或由其確定的圖像強度進行比較。這樣，例如在磁共振斷層造影中，根據離探測器線圈的不同距離，相同的組織表現出不同的圖像強度。在此，隨著到線圈距離的增加，該強度下降。
因此，如果將靠近探測器線圈的組織與離探測器線圈一段距離的組織進行比較，且兩個組織含有相同的診斷制劑濃度，則靠近線圈的組織中的制劑比遠離線圈的組織給出更高的圖像強度。
很難在視覺上對這種以測量為條件的信號變化作出正確的評估，特別是，因為除了探測器線圈或測量系統的成像特性外，測量的信號強度也受組織本身的磁場特性的影響。
類似的關系存在于閃爍照相術中，其中，測量的圖像強度由伽瑪相機的成像特性和放射藥劑在組織中的濃縮構成。
此外，在一次測量序列成像的圖像數據組中，身體部位的圖像強度或圖像元素的值由該身體部位本身的組織分量和在拍攝時刻在該組織中的診斷制劑濃度分量合成，從而使得從該圖像強度中無法推斷出診斷制劑的濃度。

發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是，這樣準備一個測量序列的圖像數據，其中該測量序列用于檢查通過在檢查部位引入診斷制劑所產生的變化在時間上的變化過程，即，使得有可能對該變化進行可靠的評估。
按照本發明，提出了一種用于校正用醫療診斷成像系統對檢查對象按時間順序進行的測量序列的照片圖像數據的方法，其中，在得出診斷重要結果之前，至少該序列的第一圖像數據組涉及檢查對象，而在得出診斷重要結果時和/或之后，至少該序列的第二圖像數據組涉及檢查對象，以及其中，在第一步驟中對圖像數據進行第一校正，其中通過移動測量序列圖像中的圖像內容使檢查對象的位置在所有圖像中都基本上一致，在第二步驟中對圖像數據進行第二校正，其中從第一步驟校正的第一圖像數據組中建立一幅中值圖像，并將所有在第一步驟中校正的第一和第二圖像數據組的圖像以圖像元素的方式按照計算出的中值圖像進行標準化，在第三步驟中對測量數據進行第三校正，其中從一個結構上相同的圖像區域在第一和第二圖像數據組中的所有圖像元素值中，減去第一圖像數據組在第二步驟中校正的圖像中該區域的一幅圖像元素值，或該區域在第一圖像數據組中的圖像元素中值。
按照本發明的校正方法，以簡單的方式從對應測量序列的照片中消除了上述干擾因素分量，從而使得有可能對檢查部位中的診斷制劑擴散在時間上的變化過程進行可靠判斷。
作為醫療診斷成像系統，優選采用用于磁共振斷層造影或者閃爍照相術的系統。
這種核自旋斷層造影設備具有一個根據上述方法對核自旋測量序列的照片圖像數據進行校正的裝置，該設備包括-一個用戶接口，用于由用戶選擇校正的圖像數據，用于由用戶決定對所選圖像數據進行校正，以及用于顯示校正的結果，和-一個處理單元，用于按照校正方法對由用戶選擇的圖像數據進行處理。
為了用很小的花費對檢查對象在序列的不同圖像中進行位置匹配，優選應用一種相關分析對圖像數據進行第一校正。


下面對本發明作進一步說明，其中，下面的附圖分別表示圖1為一個按照本發明的核自旋斷層造影設備的示意圖，圖2為在灌注測量的時間變化過程中，心肌四個不同區域圖像強度的變化過程，以及圖3為在灌注測量的時間變化過程中，心肌四個不同區域圖像強度經過按照本發明的校正后的變化過程。
具體實施例方式
在例如磁共振斷層造影的診斷方法中，得到被檢查身體部位內部的圖像顯示。
圖1示出一個按照本發明的用于生成對象核自旋圖像的磁共振成像設備或核自旋斷層造影設備的示意圖。這里，核自旋斷層造影設備的結構與常規斷層造影設備的結構對應。基本磁場磁鐵1產生一個時間上恒定的強磁場，用于極化或定向對象檢查部位中的核自旋，該對象例如是人體的待查部位。核自旋共振測量所要求的基本磁場的高度均勻性例如在一個球形測量空間M中被定義，待檢查的人體部分被送入該空間。為了對均勻性要求提供支持，特別是為了消除不隨時間變化的影響，在合適的位置加裝了由鐵氧磁性材料制成的填隙片。隨時間變化的影響通過由填隙片供電裝置15控制的填隙片線圈2消除。
在基本磁場磁鐵1中安裝了一個由三個部分繞組組成的圓柱型梯度線圈系統3。通過一個放大器14為每個部分繞組提供電流，以便在笛卡兒坐標系的各個方向上都產生一個線性梯度磁場。其中，梯度線圈系統3的第一部分繞組產生一個在x方向上的梯度Gx，第二部分繞組產生一個在y方向上的梯度Gy，而第三部分繞組產生一個在z方向上的梯度Gz。每個放大器14包括一個數模轉換器，該轉換器由一個序列控制裝置18控制，用于及時產生梯度脈沖。
在梯度線圈系統3的內部有一個高頻天線4，它將由高頻功率放大器輸出的高頻脈沖變換成交變磁場，該磁場用于對待檢查對象或對象待檢查部位的核進行激勵或者對核自旋定向。高頻天線4由一個或多個HF發射線圈和一個或多個HF接收線圈組成，也可能由一個線圈組的裝置(一般稱為“線圈陣列”或“定相陣列線圈”)組成。高頻天線4的HF接收線圈還將由占主導地位的核自旋發出的交變磁場，即通常由一個或多個高頻脈沖和一個或多個梯度脈沖組成的脈沖序列引起的核自旋回波信號，變換成電壓，并通過電壓放大器7送至高頻系統22的高頻接收信道8。該高頻系統22還包括一個發送信道9，在該信道中產生用于激勵核磁共振的高頻脈沖。其中，根據由設備計算機18規定的脈沖序列，在序列控制裝置18中將各高頻脈沖表示為復數數列。該數列作為實部和虛部通過各輸入裝置12送至高頻系統22中的一個數模轉換器，并由該轉換器送至發送信道9。在發送信道9中將該脈沖序列調制到一個高頻載波信號上，該載波信號的基本頻率對應于測量空間中核自旋的諧振頻率。
通過發射接收轉換器6實現由發射運行到接收運行的轉換。高頻天線4的HF發射線圈在測量空間M中發射高頻脈沖來激勵核自旋，通過HF接收線圈探測產生的回波信號。在高頻系統22的接收信道8中相敏地解調相應獲得的核共振信號，并通過各自的模數轉換器將其變換成測量信號的實部和虛部。通過圖像計算機17，從由此獲得的測量數據中再現出一幅圖像。通過設備計算機20對測量數據、圖像數據和控制程序進行管理。根據用控制程序預先作出的規定，序列控制裝置18控制各期望脈沖序列的產生和對k域的相應探測。其中，序列控制裝置18尤其控制梯度在時間上正確的接通、具有特定相位和幅度的高頻脈沖發送以及核共振信號的接收。高頻系統22和序列控制裝置18的時間基準由一個合成器19提供。通過一個終端21選擇產生核自旋圖像的相應控制程序，并顯示產生的核自旋圖像，該終端包括一個鍵盤以及一個或多個顯示器。該終端21還用于對核自旋圖像進行按照本發明的評估。
在磁共振斷層造影中，圖像元素的強度由被拍攝的人體組織的特性和測量系統的特性決定。通過添加造影劑，可以提高圖像強度。這種造影劑方法特別應用于對例如心臟的器官進行的灌注測量中。這里，借助于注射提供給患者的造影劑通過血液循環在一定的時間內到達檢查的器官，該造影劑在器官中分布，直到最后又緩慢地排出人體。
在心肌的灌注測量過程中，觀察造影劑在不同的心肌區域中推進的時間變化。為此，在一個測量序列的范圍內，從提供造影劑之時或之前的短暫時刻開始，按時間順序產生多張心臟照片。如果造影劑進入一個心肌，則涉及該心肌的圖像元素的強度在各照片中增大。
在灌注測量中，在時間上跟蹤在一個組織區域的圖像中通過造影劑引起強度增大。為了進行評估，該組織區域圖像點的強度值作為時間函數或按類似方式通過測量序列的成像順序記錄下來。圖2示出了相應的評估。
圖2示出了在用造影劑進行的灌注測量中，一個具有不引人注意的心肌組織的心肌的四個不同組織區域(··θx)的圖像強度隨時間的變化。這些組織區域至檢測線圈的距離是不同的，其中區域2(·)離線圈最遠。
在一個測量序列的圖解說明中確定單個區域的位置和范圍。在測量序列的各個照片中確定這樣定義的組織區域的圖像強度，并通過圖像號記錄在圖2中。
由于通過檢查對象在測量中的運動造成定義的組織區域在單個照片中發生位置移動，必須相互獨立地確定各區域在每個照片中的位置。因此，按照本發明，在確定每個區域的強度值之前進行移動校正。
為此，在一個測量序列的所有圖像中，這樣校正檢查對象的成像位置，即，使得對象在這些圖像中都在同一位置成像。這能夠例如通過對照片序列的圖像進行相關分析實現。這里，用于相關分析的圖像區域可以由整幅圖像、整幅圖像的一部分或者整幅圖像的分離的圖像區域構成。移動矯正的結果是獲得具有圖像的成像序列，在這些圖像中，一個組織區域總是處于同一位置。
通過移動校正，有可能僅從序列的一張圖像中確定組織區域的幾何特征和位置，該確定對成像序列的所有圖像有效。對于圖2，此時從圖像中分別讀出每個確定組織區域的圖像強度值，并按拍攝的順序記錄下來。
從組織區域I發出的測量信號Si(t)可隨時間變化的值作為時間t的函數，由一個不依賴時間的原組織的信號成分Si0、一個時間上變化的組織變化的信號成分ΔSi(t)以及一個噪聲成分Sn合成。通過使用的檢測器，對測量信號從組織區域i到圖像強度Bi的轉換加載一個權重ki，使得一個成像區域的圖像強度Bi計算為Bi(t)＝ki·(Si0+ΔSi(t))+Sn；(1)對一個有說服力的分析，噪聲分量對圖像強度BI沒有確定的影響，因此在下面將其忽略。
只要在灌注測量中沒有造影劑進入到檢查的組織，則組織顯示的圖像強度不變。如果注射的造影劑到達組織并在那里擴散，則組織的強度隨時間增加，直到通過從組織中排泄出造影劑而使圖像強度值緩慢再次下降到不依賴于時間的原始值。因此，依賴于時間的圖像強度成分是一種對在檢查組織中造影劑濃度的度量。
為了消除依賴于幾何特性的敏感性或權重系數ki對組織i圖像強度的影響，在下面的第二校正步驟中，將測量序列的所有圖像按中值圖像進行標準化。
為此，首先確定其中時間上變化的信號變化ΔSi(t)不影響圖像強度Bi(t)的圖像。換言之，在造影劑到達組織區域i之前，從照片序列中進行選擇。由這種選擇確定一幅中值圖像，其中，例如計算出一幅代表該選擇的圖像，或者例如根據大量選擇圖像的以圖像元素方式構成的算術或平方中值來計算出中值圖像。通常所有的圖像被用于選擇。為了得到優化的結果，也可以在求中值時排除具有相對高噪聲成分的圖像。選擇一個有代表性的圖像作為中值圖像，可以例如基于這樣的準則，如低噪聲成分Sn和/或在前面移動校正中圖像內容的變化盡可能小。這樣，該中值圖像對應于在造影劑第一次出現前的檢查對象的平均圖像。
然后，將測量序列的所有圖像按中值圖像標準化，其中在單個圖像元素的水平上，將移動校正圖像的圖像強度除以中值圖像的圖像強度Bim。因此，一般地得到一個在標準化的檢查對象圖像中組織區域i的圖像強度Binorm(t)Binorm(t)＝Bi(t)/Bim＝ki·(Si0+ΔSi(t))/(ki·Sim)＝(Si0+ΔSi(t))/Sim；(2)其中，(ki·Sim)表示組織區域i在中值圖像中的圖像強度，以及Sim表示該組織的與該圖像強度對應的中值信號強度。
通過這種標準化，消除了檢查組織每個位置的不同加權系數ki對圖像強度的影響。因此，相對圖像強度在標準化圖像中不依賴于檢測器線圈的影響，尤其不依賴于檢測器線圈和成像組織區域之間的距離。
在灌注測量中，僅僅由于提供造影劑才使得組織變化在時間上的變化過程有意義。為了可靠地確定組織中造影劑的濃度和分布，必須消除自然組織對圖像強度的影響。這尤其也是證明在一個測量序列的圖像中造影劑低濃度的前提。
自然組織對圖像強度Binorm(t)的影響在測量序列的圖像中作為不依賴于時間的圖像強度分量Si0給出。該圖像強度分量可以說構成了證明組織中造影劑的背景。該背景對應于標準化的中值圖像。
為了從圖像強度Binorm(t)中提取檢查組織區域在測量序列期間發生的變化的圖像強度分量Bik(t)，必須將自然組織分量從圖像強度Binorm(t)中減掉。
因此，區域i圖像強度Bik按照下列等式給出Bik(t)=Binorm(t)-1=(Si0-Sim+ΔSi(t))/Sim]]>⇒Bik(t)≅ΔSi(t)/Sim]]>對Sim≅Si0---(3)]]>按照等式(3)校正的圖像數據現在描述了在檢查組織中由造影劑產生的變化。該數據表示了證明以灌注為條件的組織變化的敏感的方法。
按照等式(3)校正的圖像同樣構成簡單生成信號-時間曲線的出發點，如圖3所示。
信號-時間曲線以一個圖解方式描述了在一個測量序列的圖像序列中選出的組織區域的圖像強度。因為每個照片在特定的時間點產生，該表示由此也描述了所選組織區域的圖像強度在時間上的變化過程。在圖2的信號-時間圖30中表示的信號-時間曲線31、32、33和34對應于用區域1、區域2、區域3和區域4表示的組織區域的圖像強度Bi(t)在時間上的變化過程，并基于圖像數據組的移動校正產生。
相對地，圖3的信號-時間圖40描述了相同的組織區域區域1、區域2、區域3和區域4的校正信號-時間曲線41、42、43和44，但是是由另外標準化、并通過去掉背景校正的圖像數據Bik來確定的。
由圖3明顯看出，通過使用按照本發明的校正方法校正對信號值的局部影響，例如檢查組織區域距檢測器線圈的距離，而有可能對相互間的信號變化進行可靠判斷。
由于距檢測器線圈的距離較大，由造影劑造成的區域2圖像強度的升高僅在移動校正的圖像數據組中明顯小于在其它三個區域中的一個。這可以在圖2中從信號-時間曲線32的斜率與其它信號-時間曲線31、33和34的斜率相比較小中看出。通過標準化平衡這種局部影響，使得造影劑濃度在所有四個區域中相同的情況下，實現了在所有四個區域中相同的圖像強度增加。此外，通過去掉背景，可以直接比較信號-時間曲線。
因此，在圖3中，作為示例性介紹的灌注測量結果，在不同的心肌區域區域1、區域2、區域3和區域4的供血中沒有表現出明顯的差別。
盡管以在核自旋斷層造影設備中進行的心肌灌注測量為例介紹了按照本發明的校正方法，該方法還可應用于所有測量診斷制劑在組織中隨時間變化的分布或隨時間變化的濃度的醫療診斷成像測量方法。因此，按照本發明的方法也可以用于肺或腎灌注測量以及閃爍照相術中。
本方法可以實現為計算機軟件，用于在成像測量系統的數據處理裝置或獨立于該測量系統的數據處理裝置上實施。為此，該計算機軟件被加載到數據處理裝置的一個存儲器中，并由該數據處理裝置的例如處理器的處理單元實施。
權利要求
1.一種用于校正用醫療診斷成像系統對檢查對象按時間順序進行的測量序列的照片圖像數據的方法，其中，在得出診斷重要結果之前，至少該序列的第一圖像數據組涉及檢查對象，而在得出診斷重要結果時和/或之后，至少該序列的第二圖像數據組涉及檢查對象，以及其中，-在第一步驟中對圖像數據進行第一校正，其中通過移動測量序列圖像中的圖像內容使檢查對象的位置在所有圖像中都基本上一致，-在第二步驟中對圖像數據進行第二校正，其中從第一步驟校正的第一圖像數據組中建立一幅中值圖像，并將所有在第一步驟中校正的第一和第二圖像數據組的圖像以圖像元素的方式按照計算出的中值圖像進行標準化，-在第三步驟中對測量數據進行第三校正，其中從一個結構上相同的圖像區域在第一和第二圖像數據組中的所有圖像元素值中，減去第一圖像數據組在第二步驟中校正的圖像中該區域的一幅圖像元素值，或該區域在第一圖像數據組中的圖像元素中值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖像數據的第一校正借助于一個相關分析進行。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述中值圖像通過在所述第一步驟中校正的圖像數據組的大量圖像的以圖像元素方式構成的算術或平方中值而獲得。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，從在所述第一步驟中校正的圖像數據組的大量圖像中，通過圖像數據的第一校正，選擇一幅具有低噪聲成分和/或微小變化的圖像作為中值圖像。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述醫療診斷成像系統是磁共振斷層造影系統。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述醫療診斷成像系統是閃爍照相術系統。
7.一種核自旋斷層造影設備，該設備具有一個根據權利要求1至6中任一項所述的方法對核自旋測量序列的照片圖像數據進行校正的裝置，該設備包括-一個用戶接口(21)，用于由用戶選擇校正的圖像數據，用于由用戶決定對所選圖像數據進行校正，以及用于顯示校正的結果，和-一個處理單元(20)，用于按照校正方法對由用戶選擇的圖像數據進行處理。
8.一種用于對醫療診斷成像系統用基本設施對檢查對象按時間順序進行測量的序列照片的圖像數據進行校正的計算機軟件產品，用于實施按照權利要求1至6中任一項所述的方法，其中該軟件產品存儲在一個存儲裝置中，并通過一個數據處理裝置的處理單元執行。
全文摘要
本發明涉及一種用于校正用醫療診斷成像系統對檢查對象按時間順序進行的測量序列的照片圖像數據的方法，其中，在得出診斷重要結果之前，至少該序列的第一圖像數據組涉及檢查對象，而在得出診斷重要結果時和/或之后，至少該序列的第二圖像數據組涉及檢查對象，以及其中，在第一步驟中對圖像數據進行第一校正，其中通過移動測量序列照片中的圖像內容使檢查對象的位置在所有圖像中都基本上一致，在第二步驟中對圖像數據進行第二校正，其中從第一步驟校正的第一圖像數據組中建立一幅中值圖像，并將所有在第一步驟中校正的第一和第二圖像數據組的圖像以圖像元素的方式按照計算出的中值圖像進行標準化，在第三步驟中對測量數據進行第三校正，其中從一個結構上相同的圖像區域在第一和第二圖像數據組中的所有圖像元素值中，減去第一圖像數據組在第二步驟中校正的圖像中該區域的一幅圖像元素值，或該區域在第一圖像數據組中的圖像元素中值。
文檔編號G06T7/20GK1458625SQ0313147
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月15日 優先權日2002年5月15日
發明者尼爾斯·奧辛格曼 申請人:西門子公司